Электрооборудование цеховой подстанции - Расчеты по проектированию силового электрооборудования

Выбор типа и схемы соединения цеховой подстанции

По степени надежности электроснабжения цех относится к потребителям второй категории, допускающим перерыв электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания.

Исходя из расчетной мощности, в проекте принята к установке комплектная трансформаторная внутрицеховая подстанция мощностью 630 кВ-А КТП-ВЦ-630/10/0,4 (в дальнейшем - КТП).

В состав КТП входят:

    - устройство ввода со стороны высшего напряжения - УВН; - силовой трансформатор; - распределительное устройство со стороны низшего напряжения РУНН.

Особенностью конструкции силового трансформатора ТМЗ-630 является его герметичность, которая создается избыточным давлением в баке за счет "азотной подушки". Бак повышенной прочности выдерживает избыточное давление 80 кПа и вакуум 40 кПа. Напряжение регулируется при отключенном от сети трансформаторе.

Трансформатор снабжается электроконтактным мановакуумметром для контроля внутреннего давления. Для защиты трансформатора при повышении давления внутри бака в результате бурного газообразования, вызванного внутренними повреждениями, служит реле давления. Трансформатор также снабжается термосигнализатором для измерения температуры верхних слоев масла. Уровень масла в баке контролируется маслоуказателем.

По [5, таблица К.18] определяются технические данные силового трансформатора ТМЗ-630 и заносятся в таблицу 2.1.

Подстанция подключается кабелем к РУ 10 кВ завода, вся коммутационная аппаратура трансформатора устанавливается в ячейке РУ 10 кВ.

Таблица 2.1 - Технические данные трансформатора

Показатели

Технические данные

Тип трансформатора

ТМЗ-630/10

Номинальная мощность, кВ-А

630

Номинальное напряжение, кВ

10/0,4

Схема и группа соединения обмоток

Y/Y

Потери холостого хода, РХ. х.ном, кВт

2,3

Потери короткого замыкания РК. ном, кВт

8,5

Напряжение короткого замыкания, UК, , %

5,5

Ток холостого хода,IХ. х., %

3,2

Охлаждение

Естественное, масляное

На подстанции питающей кабель к трансформатору подсоединяется через шкаф высшего напряжения типа ВВ-1.

РУ низшего напряжения состоит из двух шкафов:

    -шкафа ввода типа ШНВ-2У3; -шкафа отходящих линий типа ШНЛ-6У3.

Шкаф ввода ШНВ-2У3 укомплектован ВА ввода серии ВА55-41 и двумя ВА серии ВА51-37 на отходящие линии. В шкафу предусмотрен выход на М. Шкаф отходящих линий ШНЛ-6У3 укомплектован пятью ВА серии ВА51-37. Подключение силовых нагрузок цеха предусматривается к М. Подключение комплектной УК производится к шинам цеховой подстанции.

Для отключения подстанции в выходные дни и для резервирования электроснабжения предусматривается связь магистрального шинопровода через разъединитель с магистральным шинопроводом прессового цеха, размещенного в том же корпусе.

Выбор типа и номера схемы первичных и вторичных соединений ячейки для подключения подстанции к распределительному устройству РУ 10 кВ завода РУ 10 кВ завода комплектуется из сборных камер одностороннего обслуживания серии КСО2(98)-1ВВп-600 [5, таблица Н.1], укомплектованных вакуумным выключателем, шинным и линейными разъединителями, трансформаторами тока ТПОЛ в двух фазах.

Выбор сечения кабеля напряжением 10 кВ для подключения подстанции к РУ 10 кВ завода

Сечение кабеля выбирается по экономической плотности тока. При числе часов использования максимума нагрузки в год 3700ч (машиностроение, двухсменная работа) [5, таблица К.11], нормированное значение экономической плотности тока кабелей с бумажной изоляцией с алюминиевыми жилами JЭк=1,4 А/мм2.

Определяется номинальный первичный ток Т по формуле

I1т. ном= А, (2.1)

Где SТ. ном - номинальная мощность трансформатора, кВ-А;

U1ном - номинальное первичное напряжение, кВ.

Определяется экономически целесообразное сечение кабеля по формуле

SЭк=I1т. ном/JЭк=36,41/1,4=26 мм2. (2.2)

Выбирается кабель ААШв 3Ч35 - 10, IДоп=115,00 А по [5, таблица К.9].

Выбранное сечение кабеля проверяется по соотношению

IДоп ? IMax, (2.3)

Где IMax - максимальный длительный ток нагрузки цепи, А.

Определяется максимальный длительный ток исходя из условий возможной перегрузки по формуле

IMax=1,4-IТ. ном =1,4-36,41=50,97 А. (2.4)

Проверяется условие перегрузки

115,00 А > 50,97 А,

Условие выполняется.

Расчет токов трехфазного короткого замыкания (КЗ)

Проектируемая подстанция к РУ 10 кВ завода подключается кабельной линией длиной 100 м. На РУ 10 кВ завода напряжение подается по двум кабелям ААБ2 (3Ч185) - 10 от районной подстанции, находящейся на расстоянии 2 км.

Согласно задания, установившийся ток трехфазного КЗ на шинах 10 кВ районной подстанции IК = 13 кА.

2.4.1 Расчет токов КЗ в точках К1 и К2 на стороне 10 кВ

Для выполнения расчетов составляется расчетная схема и схема замещения, изображенные на рисунке 2.1.

А) расчетная схема б) схема замещения

Рисунок 2.1 - Схемы для расчетов токов КЗ

Исходные параметры:

С - электрическая система;

Т - трансформатор типа ТМЗ-630;

КЛ1, КЛ2 - две кабельные линии ААБ 3х185 - 10, L1=2 км;

КЛ3 - кабельная линия ААШв 3х35 - 10, L2=100 м.

Расчет проводится в именованных единицах.

Определяется индуктивное сопротивление системы по формуле

XС==10,5/(1,73-13)=0,466 Ом, (2.5)

Где UСр. ном - среднее номинальное напряжение на шинах РУ 10 кВ районной подстанции, кВ.

Определяются эквивалентные активные и индуктивные сопротивления кабелей, соединяющих РУ районной подстанции с РУ завода по формулам

RЭКЛ1, КЛ2=L1/(г-S-2)=2000/(32-185-2)=0,169 Ом, (2.6)

XЭКЛ1, КЛ2=(X0/2)-L1=(0,08/2)-2=0,08 Ом, (2.7)

Где L1 - из расчетной схемы, м;

Г - удельная проводимость, м/Ом-мм2, для алюминия г=32 м/Ом-мм2;

S - сечение кабеля, мм2;

X0 - индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км.

В практических расчетах для кабельных линий принимается X0=0,08 Ом/км.

Определяется полное расчетное сопротивление кабеля в точке К1 по формуле

ZК1===0,57 Ом. (2.8)

Определяется установившийся ток КЗ в точке К1 по формуле

IК1==10,5/(1,73-0,57)=10,60 кА, (2.9)

Где UСр. ном - среднее номинальное напряжение на шинах РУ 10 кВ районной подстанции, кВ.

Определяется ударный ток КЗ в точке К1 по формуле

IУд1=КУд кА, (2.10)

Где КУд - ударный коэффициент;

КУд=1,4 по [ 5, рисунок К.1] в зависимости от соотношения X/R.

X=XC+XЭ. КЛ1, КЛ2=0,466+0,08=0,546 Ом,

R=RЭ. КЛ1, КЛ2=0,169 Ом; X/R=0,546/0,169=3,231.

Определяются активные и индуктивные сопротивления кабеля от РУ 10 кВ

Завода до КТП по формулам

RКЛ3=L2/(г-S)=100/(32-35)=0,089 Ом, (2.11)

XКЛ3=X0-L2=0,08-0,1=0,008 Ом. (2.12)

Определяется полное расчетное сопротивление в точке К2 по формуле

ZК2==

==0,610 Ом. (2.13)

Определяется установившийся ток КЗ в точке К2 по формуле

IК2==10,5/(1,73-0,610)=9,913 кА. (2.14)

Определяется ударный ток КЗ в точке К2 по формуле

IУд2=КУд--IК2=1,23-1,41-9,91=17,240 кА. (2.15)

Где КУд=1,23 по [5, рисунок К.1] в зависимости от соотношения X'/R'.

X'=XС+XЭ. КЛ1,КЛ2+XКЛ3=0,466+0,08+0,008=0,554 Ом,

R'=RЭ. КЛ1,КЛ2+RКЛ3=0,169+0,089=0,258 Ом; X'/R'=0,554/0,258=2,15.

Расчет токов КЗ в точке К3 на стороне 0,4 кВ КТП

Расчет проводится в именованных единицах.

Для выполнения расчетов составляется расчетная схема электрической сети и схема замещения, изображенные на рисунке 2.2.

Определяется индуктивное сопротивление системы по формуле

XC=X1=

=4002/(1,73-9,91-10500)=0,89 мОм, (2.16)

Где UCр. НН - среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке

Низшего напряжения Т, В;

IK. ВН - действующие значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ у выводов обмотки высшего напряжения T,

IK. ВН = IK2, КА IКВн = IК2 Из формулы 2.14.

UCp. ВН - среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения T, В;

А) расчетная схема б) схема замещения

Рисунок 2.2 - Схемы для расчетов токов КЗ в точке К3

Т - трансформатор типа ТМЗ-630;

Ш - алюминиевые шины;

QF - ВА ВА55-43.

Определяется полное сопротивление Т по формуле

ZТ=((UК-)/SТ. ном)-104=((5,5-0,42)/630)-104=13,97 мОм. (2.17)

Определяется активное сопротивление Т по формуле

RТ=R2=((PК. ном-)/S2Т. ном)-106=((8,5-0,42)/6302)-106=3,43 мОм, (2.18)

Где UНн. ном - номинальное напряжение обмотки низшего напряжении Т, кВ.

Определяется индуктивное сопротивление трансформатора по формуле

мОм. (2.19)

Определяются активные и индуктивные сопротивления катушек расцепителей максимального тока ВА по [5, таблица К.2]

RКв=R3=0,14 мОм, XКв=X3=0,08 мОм.

Определяются размеры алюминиевых шин по [5, таблица Б.12] 100Ч10 мм, IДоп=1820 А.

Определяются активное и индуктивное сопротивления шин по [5, таблица К.3] при среднем расстоянии между осями смежных фаз равном 100 мм

RШ=R4=0,035 мОм, XШ=X4=0,09 мОм.

Определяются суммарные сопротивления цепи КЗ по формулам

RУ=R2+R3+R4+RПерУ=3,43+0,14+0,035+15=18,60 мОм, (2.20)

XУ=X1+X2+X3+X4=0,89+13,54+0,08+0,09=14,60 мОм, (2.21)

ZУ= мОм, (2.22)

Где RПерУ=15 мОм по [5, К.1].

Определяются токи КЗ на стороне 0,4 кВ по формулам

IК3=UСр. НН /(-ZУ)=400/(1,73-23,64)=9,78 кА, (2.23)

IУд3=КУд--IК3=1,0-1,41-9,78=13,79 кА, (2.24)

Где КУд=1,0 по [5, таблица К.34]. XУ/RУ=14,60/18,60=0,78.

Определяются токи КЗ, приведенные к стороне 10 кВ

IК3ВН=IК.3-(UНН/UВН)=9,78-(0,4/10,5)=0,372 кА, (2.25)

IУд3ВН=IУд3-(UНН/UВН)=13,79-(0,4/10,5)=0,525 кА. (2.26)

Проверка кабеля, соединяющего РУ 10 кВ завода с КТП на термическую устойчивость при КЗ

Проверка проводится сравнением выбранного сечения кабеля с минимально допустимым SMin , мм2.

Для выполнения расчетов составляется расчетная схема, изображенная на рисунке 2.3.

расчетная схема

Рисунок 2.3 - Расчетная схема

Q - выключатель вакуумный типа ВБМ-10-2;

КЛ3 - кабельная линия ААШв 3Ч95 - 10, L2=100 м;

Т - трансформатор типа ТМЗ-630;

Определяется минимальное сечение жил кабеля, отвечающее условию термической стойкости при КЗ по формуле

Sтер. min== мм2, (2.27)

Где ВК - интеграл Джоуля, определяется по формуле

ВК=(TОткл+TА. эк)=10,62-(0,6+0,045)=63,4-106 А2-с, (2.28)

Где IП. с= IП.T=IК1 - периодическая составляющая тока КЗ в момент времени T;

TОткл - расчетная продолжительность КЗ, согласно задания TОткл=0,6 с;

TА. эк - эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, TА. эк=0,045 с по [1, таблица 7.1];

СТ - коэффициент, зависящий от допустимой температуры при КЗ и материала проводника, СТ=90 А-с1/2/мм по [5, таблица К.3.1].

Выбирается кабель по [5, таблица П.29.1], ААШв 3Ч95 - 10, IДоп=205 А.

Таким образом, минимальное сечение кабеля, при котором он будет

Термически устойчив при КЗ составит 95 мм2.

Выбор защиты кабельной линии напряжением 10 кВ от РУ 10 кВ завода до КТП и защиты Т КТП

Для защиты кабельной линии и Т предусматривается установка микропроцессорного устройства серии СИРИУС - 2Л [*] в камеру КСО2(85) - 1 ПВ - 600, которое выдает сигнал на управление вакуумным выключателем ВБМ - 10 - 20.

Микропроцессорное устройство релейной защиты "СИРИУС - 2Л" (далее по тексту устройство) предназначено для работы в качестве защиты кабельных линий напряжением 6-35 кВ и Т мощностью до 1 МВ-А с изолированной нейтралью (имеются выходы для подключения газовой защиты и сигнала газовой защиты).

* Каталог микропроцессорных устройств для подстанции напряжением 6-35 кВ. ЗАО"Радиус - Автоматика".

Устройство подключается к измерительным трансформаторам тока фаз А и С с номинальным вторичным током 5 А.

Устройство обеспечивает трехступенчатую максимальную токовую ненаправленную защиту от трехфазных и межфазных замыканий.

Предусмотрена возможность отключения линии и сигнализации при обрыве одного из фазных проводов по наличию тока обратной последовательности.

В устройстве реализована функция резервирования отказа выключателя с выдачей сигналов отключения на выключатели ввода и секции.

Все установки срабатывания защиты и времена выдержек времени регулируются в широком диапазоне значений и хранятся в энергонезависимой памяти устройства.

Таблица 2.2 - Проверка высоковольтного выключателя ВБМ - 10 - 20

Допустимые величины

Расчетные данные

UНом

10 кВ

?

U сети ном.

10 кВ

IНом

630 А

?

IНорм. расч =1,4-IТ. ном

50,97 А

IПр. скв

20 кА

?

IПt=IК1

10,6 кА

IПр. скв=IДин

51 кА

?

IУд=IУд1

20,99 кА

При TОткл<TТер. норм

20,02 -3=

=1200 кА2-с

?

10,62-(3+0,045)=342,14 кА2-с

Проверка аппаратов высокого напряжения на устойчивость при КЗ

Проверка проводится в соответствии с Руководящими указаниями [8].

В камере КСО2(98) -1ПВ-600 на РУ 10 кВ завода установлены:

    -вакуумный выключатель ВБМ - 10 - 20 со встроенным приводом; -шинный и линейный разъединители РВФЗ; -трансформаторы тока ТПОЛ-10;

Допустимые величины аппаратов определяются по [5, таблицы М.2, М3, М.6].

Таблица 2.3 - Проверка разъединителя РВФЗ-10/630

Допустимые величины

Расчетные данные

Uном

10 кВ

?

U сети ном.

10 кВ

Iном

630 А

?

Iнорм. расч

50,97 А

Iпр. скв=iдин

60 кА

?

Iуд

20,99 кА

20,02 -4=

=1600 кА2-с

?

342,14 кА2-с

Таблица 2.4 - Проверка измерительного трансформатора тока ТПОЛ-10

Допустимые величины

Расчетные данные

Uном

10 кВ

?

Uном. уст

10 кВ

Iном

600 А

?

Iнорм. расч

50,97 А

Iпр. скв=iдин=

=-I1ном. т-Кдин
    1,41-600-81= 68,5 кА

?

Iуд=iуд1

20,99 кА

==

=(kтерм-I1ном)2-tтер. норм.

(65-600)2-1=

=1521 кА2-с

?

9,92-(0,6+0,045)=63,4 кА2-с

Таким образом, выбранные аппараты удовлетворяют всем расчетным условиям.

Похожие статьи




Электрооборудование цеховой подстанции - Расчеты по проектированию силового электрооборудования

Предыдущая | Следующая